Wellensensor
Software zur Vermessung von Asphären auf der Basis eines Shack-Hartmann-Sensors
Teilprojekt 3 des Forschungsverbundes für Mikrosystemtechnik FORMIKROSYS II
Laufzeit: 3 Jahre, 1.10.1997 - 31.06.2000
Im Rahmen des Projektes wurden die Leistungsgrenzen für ein Meßgerät zur Vermessung von optischen Asphären (z.B. Gleitsicht-Brillengläsern) und allgemeinen Wellenfronten (z.B. Strahlprofil eines Lasers, Wellenfront hinter einem optischen Subsystem) auf der Basis des Shack-Hartmann-Sensors erforscht und erweitert.
Dabei wurde ein laserorientiertes Verfahren zur schnellen und genauen Wellenfrontvermessung mit einem hohen Dynamikbereich entwickelt und mittels eines Prototyps erprobt. Das Prinzip beruht auf der geometrisch-optischen Bestimmung lokaler Wellenfrontkrümmungen mit Hilfe eines Feldes von Mikrolinsen und einer CCD-Kamera.
Ein besonderer Schwerpunkt des Projektes war die Erforschung und Erweiterung der Leistungsgrenzen hinsichtlich Dynamikbereich, Genauigkeit und Geschwindigkeit.
Bei FORWISS Passau wurden Auswertealgorithmen entwickelt die eine schnelle und zuverlässige Zuordnung von Fokuspunkten zu Mikrolinsen durchführen und damit eine hochgenaue Vermessung von Asphären bei stark aberranten Wellenfronten möglich machen. Ein Shack-Hartmann-Sensor besteht aus einem Mikrolinsen-Array und einer CCD-Kamera in der Fokalebene der Mikrolinse. Eine einfallende Wellenfront erzeugt in der Fokalebene der Mikrolinsen ein charakteristisches Spotmuster. Durch Analyse der lokalen Ablenkungen der Spots von ihren Idealpositionen (= Position bei Einfall einer ebenen Wellenfront), können Aussagen über das lokale Steigungsverhalten der einfallenden Wellenfront getroffen werden. Je größer der Dynamikbereich des Meßgerätes sein soll, desto schwieriger wird das Problem der Zuordnung von Spot zu Mikrolinse. Dieses Problem wird durch einen bei FORWISS Passau entwickelten iterativen Spline-Passungs-Algorithmus schnell und elegant gelöst. Nach erfolgter Zuordnung wird die Wellenfront aus den lokalen Ablenkungen der Spots rekonstruiert. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Spline-Rekonstruktions-Algorithmen entwickelt und mit herkömmlichen Verfahren verglichen.
 |  |
| Beispiel eines Spot-Bildes. | Detektierte und zugeordnete Spots. |
 | |
| Rekonstruierte Wellenfront. |